JP2009036056A - 密閉形電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒用密閉形電動圧縮機において冷媒圧力の異常上昇を確実に検出するとともに圧縮機の運転を停止し、配管等の破壊やそれに伴う事故を防止する。
【解決手段】電動圧縮機の電動機１と電源４に対して直列に電動機の運転電流よりも充分に大きい電流で溶断するヒューズ要素６を配置するとともに、電動機の主巻線３Ａと電気的に並列となるように常時オフ形の圧力スイッチ７を配置する。冷媒圧力が異常上昇すると圧力スイッチ７が動作して電動機主巻線を短絡状態にし、この短絡電流によってヒューズ要素６が溶断して電流を遮断する。そのため異常圧力によって配管や圧力容器等が損傷する前に確実に電動圧縮機の運転を停止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はエアコンなどに使用される冷媒用密閉形電動圧縮機に関するものであり、特に密閉ハウジング内の圧力異常の保護を目的とするものである。

冷媒用密閉形電動圧縮機の例について図８を参考に説明する。この密閉形電動圧縮機１０１は金属製の下部ハウジング１０２Ａの内部に圧縮機１０３とこの圧縮機を駆動する電動機１０４が収納されている。下部ハウジング１０２Ａの開口部には上部ハウジング１０２Ｂが全周に亘って気密に溶接されることで密閉ハウジングを構成している。

下部ハウジング１０２Ａには冷媒を圧縮機１０３内に導入するための吸入管１０５が下部ハウジングを貫通して設けられており、また上部ハウジング１０２Ｂには圧縮後の冷媒を外部の熱交換器等へ送るための吐出管１０６が貫通固定されている。また上部ハウジング１０２Ｂには密閉ハウジング内の電動機１０４と外部の電源とを接続するために気密端子１０７が設けられている。この気密端子１０７は金属板に複数の導電端子ピン１０７Ａが貫通されガラスなどの電気絶縁性封止材料で気密に絶縁固定されている。この導電端子ピン１０７Ａの密閉ハウジング内部側には電動機巻線に接続されるリード線１０８や熱応動保護装置１０９などが接続される。この熱応動保護装置１０９はバイメタルのような熱応動板による接点開閉機構を有しており、電動機に直列に接続させることにより運転電流が通電されるとともに密閉ハウジング内の冷媒に直接曝される。そのため電動機に何らかの原因により過電流が流れた場合や周囲温度が上昇した場合には熱応動保護装置が動作して電動機への通電を遮断することで、過負荷や過電流による電動機の過熱や焼損を防止することができる。
特許第３０１０１４１号

密閉ハウジング内の冷媒圧力上昇時には電動機が過負荷状態になるため、その電流と温度が徐々に上昇して行き熱応動保護装置などの過負荷保護装置が動作して通電を停止する。だがまれに吐出管が何らかの原因で詰まるなどして冷媒の圧力上昇を起こした場合、圧力上昇速度が急激であるのに対して冷媒の温度や電流の上昇速度は比較的遅いため、従来の保護装置が通電を停止する前に配管などの高圧部分が損傷し、さらに冷媒が減少することで冷却を充分請けられなくなった電動機が焼損するなどしてコンプレッサのみならず周辺にも重大なダメージを与えてしまう場合がある。

そのため温度上昇や過電流だけでなく急激な圧力上昇時にも確実に通電を停止させる保護機能を有する密閉形電動圧縮機が求められていた。また高圧力を繰返し与えられることによって圧力容器の比較的弱い部分の劣化が進みやすくなり、特に高圧状態で高温になると導電端子を挿通しているガラス端子の破壊につながる可能性が高くなることもあり、繰返し使用のできないように確実に通電を遮断する保護装置が求められている。

そこで本願発明においては金属製の密閉ハウジング内に電動機と圧縮機を収納配置し、前記密閉ハウジング内を冷媒通路として圧縮機によって冷媒を圧縮する密閉形電動圧縮機において、密閉ハウジング内に冷媒圧力によって動作する常時オフ形の圧力スイッチを配置し、この圧力スイッチは電動機の主巻線と並列に接続されて密閉ハウジング内が異常高圧状態となったときに電動機主巻線を短絡状態とするようにされ、この短絡による過電流が流れたときに電動機への通電を遮断するヒューズ要素が電動機の主巻線および補助巻線に対して直列に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば従来の熱応動保護装置だけでは検知できなかった冷媒圧力の異常上昇を確実に検出するとともに電動機への通電を停止することができる。

またヒューズ要素をハウジング内に配置することによって、異常な圧力上昇で通電停止された電動機の再起動を防止し、密閉容器への異常圧力の繰返しによる破壊の発生を防止することができる。

さらに密閉形電動圧縮機の電動機と導電端子ピンとの間に熱応動保護装置が直列に接続され、この熱応動保護装置の回路をヒューズ要素とすることにより製造や取扱いを容易にする。

本発明によれば何らかの原因で冷媒通路が詰まってしまった場合にも、圧縮された冷媒の異常な圧力上昇を検知し電動機への通電を遮断することができる。そのため従来の過電流や過熱の検出だけでは充分に保護できなかった圧力上昇についても確実に電動機への通電を遮断することで、配管などの高圧部分の損傷や電動機の焼損を防ぐことができる。

次に本発明の最良の形態について述べる。図１に示すのは単相密閉形電動圧縮機１であり、この密閉形電動圧縮機は密閉ハウジング２中に電動機３とこの電動機によって駆動される図示しない圧縮機が設けられている。電動機３の主巻線３Ａの一端３Ａ１は気密端子（図示しない）を介して密閉ハウジング外部に接続されて単相電源４の一方の極に、また補助巻線３Ｂの一端３Ｂ１は気密端子を介して密閉ハウジング外部の起動用コンデンサ５につながれさらにコンデンサの他端は前記主巻線の一端３Ａ１に接続されている。

電動機の主巻線３Ａの他端３Ａ２には補助巻線３Ｂの他端３Ｂ２が接続されるとともにヒューズ６が接続され、このヒューズ６の他端は密閉ハウジング２を貫通して電源に接続される。こうして電動機の主および補助巻線の接続点と電源との間にヒューズ６が直列に配置されることによって、ヒューズ６は主巻線３Ａおよび補助巻線３Ｂに対して直列に接続される。

さらに主巻線３Ａの両端３Ａ１‐３Ａ２間には主巻線と並列に常時オフ型の圧力スイッチ７が接続されている。この圧力スイッチ７は密閉ハウジングの２の内部に配置され、冷媒の圧力が異常上昇して所定の圧力を超えた場合には接点間を接続して電動機の主巻線３Ａを短絡するようにされている。

この密閉形電動圧縮機１は通常運転時には電動機の運転電流はヒューズ６を介して流れるが、運転電流はヒューズの溶断電流値より充分に低いため電動機は連続運転をすることができる。ここで例えば吐出管が何らかの原因で詰まるなどして圧縮機から吐出された冷媒が先へ進めなくなった場合、電動機が圧縮機を駆動している間は冷媒の圧力が上昇する。この時、圧縮機が通常よりも高い吐出圧力を得ようとするために駆動源である電動機は過負荷状態になるが、その電流値では短時間でヒューズ６を溶断させる状態にはならない。そのためさらに電動機の動作が続けられると配管などが圧力で損傷したり密閉端子の封止部材であるガラスが破損したりする可能性がある。

そこで本発明においては、冷媒圧力が所定値を超えた場合に電動機３の主巻線３Ａと電気的に並列に接続配置された圧力スイッチ７が主巻線の両端を短絡することで回路上に短絡電流を流し、この電流により電動機と直列に配置されたヒューズ６を動作・溶断させて電動機への通電を遮断する。

このヒューズ６は金属製の気密容器などに封入されており、溶断時にそのアークや飛散物が周囲に影響を及ぼさないようにされている。またその溶断特性は通常の運転電流では溶断しないように選定されている。

密閉形電動圧縮機が吐出冷媒の圧力異常上昇を起こした場合においては、圧力スイッチ７が動作して短絡電流を流すことによってヒューズ６が溶断され、電動機の再起動を不可能にする。これは圧力スイッチ７に設定された動作圧力まで冷媒圧力が異常上昇した時には、電動機を停止し冷媒の圧縮を止めた時点ですでにその圧力によって配管や密閉端子の封止部材がダメージを受けている可能性が高く、再起動を繰り返すことで損傷に至る可能性があるからである。なお、このヒューズ６は電流によって金属を溶断するいわゆる電流ヒューズであるが、ヒューズ要素としてはこれに限るものではなく電動機巻線の短絡による電流値の増大によって電路を遮断するものであれば他の方法であってもよい。また圧力スイッチの動作時において配管等に与えるダメージが実質的に問題ないように圧力スイッチの動作圧力を設定できる場合には必ずしも電動機を復帰不可能にする必要は無く、ヒューズに変えて繰返し動作可能な開閉機構を有する保護装置を使用してもよい。

次に本発明の実施例について図２および図３を参照しながら説明する。図２は本実施例の回路図であり図３はこの実施例で使用する圧力保護ユニットの一例を示す断面図である。なお、前述の例と同じ構成要素には同じ番号を付して説明を省略する。

この密閉形電動圧縮機１１においても密閉ハウジング２中に電動機３が配置されており、主巻線３Ａの一端は電源４に直接、また補助巻線３Ｂの一端は起動用コンデンサ５を介して電源４に接続されている。本実施例においては電動機の主巻線３Ａおよび補助巻線３Ｂと直列に熱応動保護装置１２が接続されており、熱応動保護装置の他端は圧力保護ユニット１８に接続されている。この圧力保護ユニット１８はその内部に圧力スイッチ１７とヒューズ１６を一体化しており、前記熱応動保護装置はこの圧力スイッチとヒューズとの中間部に電気的に接続される。こうして電動機の主巻線３Ａおよび熱応動保護装置１２と圧力スイッチ１７は電気的に並列になるように接続され、さらに電動機３および圧力スイッチ１７はヒューズ１６と直列に接続されている。

圧力保護ユニットについて図３を参照してその構造を説明すると、この圧力保護ユニット１８は金属製の容器１８Ａとこの容器の開口部の全周に亘って溶接固定された蓋板１８Ｂによって気密容器を構成している。蓋板１８Ｂには導電端子１８Ｃおよび１８Ｄがそれぞれ挿通され、ガラスなどの電気絶縁性の充填材によって気密に絶縁固定されている。一方の導電端子１８Ｃの密閉容器内側には圧力スイッチ１７の固定接点１７Ａが接続固定され、後述する可動接点と開閉機構を構成している。またもう一方の導電端子１８Ｄにはヒューズ１６を構成するヒータ１６Ａの一端が接続され、このヒータの他端は蓋板に接続固定されている。容器１８Ａには開口部１８Ｅが設けられ、この部分に金属製のダイアフラム１７Ｂが全周に亘って固着されている。ダイアフラム１７Ｂは皿状に絞り成型されており、その容器内側には可動接点１７Ｃが導電的に固着され前述の固定接点１７Ａと接触可能にされている。通常はこのダイアフラム１７Ｂは可動接点１７Ｃを固定接点１７Ａとは接触しない状態に保持しており、外部からの圧力が予め決められた所定の値を超えるとダイアフラムが容器内側に押し込まれるように反転して接点同士を接触させる構造となっている。

電動機３に直列に接続された熱応動保護装置１２は電動機が何らかの原因で過負荷状態になったときなどにその過電流または周囲温度の上昇に応答して接点機構を開閉するものであり、バイメタルなどの熱応動板がスナップアクションで動作する熱応動接点機構を有し、過電流と過熱状態に対しては確実に電動機への電路を遮断することができる。

この密閉形電動圧縮機１は通常運転時には電動機の運転電流は熱応動保護装置１２と圧力保護ユニット内のヒューズ１６を介して流れるが、熱応動保護装置の自己発熱と周囲を流れる冷媒に奪われる熱量とが許容範囲で釣り合っているため熱応動保護装置は動作しない。またヒューズも溶断動作する電流値に至らないため、電路は遮断されること無く連続運転をすることができる。ここで例えば圧縮機が過負荷運転に陥るなど何らかの原因で過電流が流れたり冷媒温度が上昇したりした場合には熱応動保護装置６の自己発熱と冷媒による冷却との釣り合いが崩れて温度上昇して所定値を越えることによって、保護装置内の熱応動接点機構が駆動され電動機への通電が遮断される。このときに起こる一時的な温度および電流値の上昇ではヒューズ１６は溶断しないように選定されており、熱応動開閉器が復帰したときに過負荷などの原因が解消していれば電流値および発熱量は正常に戻り密閉形電動圧縮機１は再び運転を継続できる。

ここで何らかの原因によって吐出管をふさがれて冷媒圧力が上昇すると吐出圧力が高まるために圧縮機を駆動する電動機の負荷は上昇するが、電動機が完全にロックするような状態と違い電流値の上昇は比較的緩やかであり短時間で熱応動保護装置を駆動するほどの値には上昇しない。そのため熱応動保護装置が動作するより前に異常圧力によって密閉端子の封止部材であるガラスや配管が損傷する可能性がある。そこで本実施例では異常圧力上昇においては電動機３の主巻線３Ａと電気的に並列に接続配置された圧力スイッチ１７が主巻線の両端を短絡することで短絡電流を流し、この電流により電動機と直列に配置されたヒューズ１６を動作させて電動機への通電を遮断する。

本実施例では圧力スイッチ１７は電動機の主巻線３Ａを完全に短絡するものを例に示したが、この場合は熱応動開閉器が動作するような過負荷状態における電流値よりも短絡電流は明らかに大きいため、ヒューズの動作電流を充分に大きく設定することにより電動機がロックした場合などの過負荷状態では確実に熱応動開閉器がヒューズよりも先に動作するようにされている。

しかしこの場合にはヒューズ１６には大電流を遮断する性能が求められることになるため、例えば圧力スイッチ１７と直列に制限抵抗を接続したり、電動機の主巻線全体ではなくその途中から引き出した線で短絡したりすることでその短絡電流値を抑えるようにしてもよい。この場合も短絡電流を熱応動保護装置の動作電流よりも充分に大きくなるようにしておくことで、過負荷状態と異常圧力状態との保護を確実に分けることができる。

次に図４および５を参照しながら本発明の他の実施例について説明する。本実施例においても前述の例と同じ構成要素には同じ番号を付して詳しい説明は省略する。前述の実施例の密閉形電動圧縮機１において圧力保護ユニット１８の圧力スイッチ１７は熱応動保護装置１２とは電気的に直列にならないように接続されているが、これは熱応動保護装置にその動作電流を大きく上回る短絡電流を流した場合に熱応動接点機構が電流遮断時のアークなどにより想定外の破壊に陥ることを防ぐためである。そのため例えば前述したように圧力スイッチに制限抵抗を直列に配置するなどして短絡電流を適切な値に抑えられる場合には必ずしもこの限りではなく、例えば図４に示す密閉形電動圧縮機２１のように電動機の主巻線３Ａの途中から引き出されたリード線３Ａ３と圧力スイッチ１７を介して接続してもよい。この場合には熱応動保護装置の配置の自由度が上がり、その取扱いが容易になる。

また本実施例ではヒューズと圧力スイッチを一体化した圧力保護ユニットを構成しているものを示したが、これらは前述した密閉形電動圧縮機１の例と同様に個別の部品であってもよく、この場合は図５の密閉形電動圧縮機３１に示すようにヒューズ６と圧力スイッチ７の間に熱応動開閉器が位置するように配置することもできる。また例えば個別の部品であるヒューズや圧力スイッチをひとつの電気絶縁性ケースにセットして保護ユニットとしてもよい。

またここまでの例ではヒューズを電動圧縮機の密閉ハウジング内に配置したものを例に説明してきたが、必ずしもヒューズは電動圧縮機の密閉ハウジング２内に配置する必要は無く、ハウジングの外部に取り付けることもできる。例えばヒューズ要素をハウジングの外部に取り付けることにより、電動機停止時にヒューズの動作の有無が確認しやすくなり停止原因が把握しやすくなる。ハウジングの外部に取り付ける場合もヒューズの位置は電動機の主巻線および補助巻線に対して直列に接続されるのであればよく、例えば図５の電源線を示す４Ａ上だけでなく、電源４に対して反対側に当たる電源線４Ｂ側に配置してもよい。

また一方、実施例に示したようにヒューズ要素を密閉ハウジング内に配置することによって、ヒューズは交換不能になり、圧力上昇を原因とする保護の後には電動圧縮機を起動させることを確実に防止してガラス封止部分などが繰返し大きな応力を受けることによる破壊とそれに伴う事故を防止することができる。

さらに図６および７を参照しながら本発明の他の実施例について説明する。本実施例においても前述の例と同じ構成要素には同じ番号を付して詳しい説明は省略する。この密閉形電動圧縮機４１は密閉ハウジング２内に電動機３が収められ図示しない圧縮機を駆動しており、電動機３と電気的に直列に熱応動保護装置５１が接続されている。この熱応動保護装置５１は例えば特開平１０‐１４４１８９号公報に示されているように、気密容器内にバイメタルのような熱応動板による熱応動接点機構とこの接点機構を加熱するためのヒータを収納した構造とされている。

この熱応動保護装置５１は図５（Ａ）に縦断面図を、また図５（Ｂ）にそのＣ‐Ｃ断面矢視図を示すように、金属製の容器５２とこの容器の開口部の全周に亘って溶接固定された蓋板５３によって充分な耐圧力性能を有した気密容器を構成している。蓋板５３には導電端子５４Ａおよび５４Ｂがそれぞれ挿通され、ガラスなどの電気絶縁性の充填材によって気密に絶縁固定されている。一方の導電端子５４Ａの密閉容器内側には固定接点５５が接続固定され、後述する可動接点と開閉機構を構成している。またもう一方の導電端子５４Ｂにはヒータ５６の一端が接続され、ヒータの他端は蓋板に接続固定されている。容器の内側には浅い皿状に絞り成型されたバイメタルなどの熱応動体５７の一端が接続固定されており、熱応動体５７の自由端には可動接点５８が固着され前述の固定接点５５と開閉可能にされた熱応動接点機構を構成している。

この熱応動保護装置５１は一方の導電端子５４Ａを電動機に、他方の導電端子５４Ｂを電源に接続することにより、電動機の運転電流は熱応動保護装置の回路上を導電端子５４Ａ‐固定接点５５‐可動接点５８‐熱応動体５７‐容器５２‐蓋板５３‐ヒータ５６‐導電端子５４Ｂの経路で流れる。通常運転における運転電流では熱応動板５７は自己発熱やヒータ５６からの熱で加熱されるが、外部への放熱とつりあうことによって動作温度に達することなく通電状態が保たれる。ここで何らかの原因で電動圧縮機が過負荷状態になると電動機の電流は増加し、熱応動保護装置内部での発熱量も増加する。そして熱応動体５７が動作温度に達すると、スナップアクションを伴ってその湾曲方向を反転し、可動接点を固定接点から引き離して通電を遮断する。

さらに本実施例においては、常時オフ型の圧力スイッチ７の一端は電動機３の主巻線３Ａの途中から引き出されたリード線３Ａ３に接続され、圧力スイッチの他端は熱応動保護装置５１の蓋板５３または容器５２に接続されている。通常の運転状態においては密閉ハウジング２の圧力は圧力スイッチ７の動作圧力以下であり、ヒータ５６には電動機３を介した電流しか流れない。この状態においては過負荷状態による過電流が流れても熱応動板は動作するがヒータが溶断することはない。

何らかの原因で吐出管が塞がれるなどして密閉ハウジング２内の冷媒圧力が上昇して圧力スイッチ７が動作すると、熱応動保護装置５１のヒータ５６部分にだけ短絡電流が流される。この短絡電流は過負荷運転における電動機への通電電流よりも充分に大きく設定されており、ヒータ５６はヒューズ要素として瞬時に溶断して電路を遮断する。この過負荷保護装置４１は電動機３と電源４との間に直列に配置されているため、ヒータ５６の溶断により確実に通電を遮断することができる。こうして熱応動保護装置の回路の一部をヒューズ要素として利用することにより、部品数を減らすことができ組み付け時の作業なども容易になる。

本実施例においては過負荷保護装置の気密容器内という限られた空間のヒータを溶断する際にアーク等が他の部品や気密容器の破壊を起こさないように、圧力スイッチを主巻線の途中部分と接続させて部分短絡させることにより短絡時の電流を抑えているが、このような接続をする代わりに前述したように圧力スイッチに制限抵抗を直列に接続してもよい。また過負荷保護装置内部にヒータ溶断時のアークから他の部分を保護することのできる構造が設けられるなど、ヒューズ要素として問題なく動作させられる場合には全短絡電流を流すことができることはもちろんである。

本発明によれば、従来の熱応動保護装置では充分に保護できなかった冷媒圧力の異常上昇も確実に検知保護することができ、配管の破壊やそれに伴う損傷を防止することができる。また熱応動保護装置の部品をヒューズ要素として利用することで、部品の削減を図るとともに組み点けや取扱い作業を容易にすることができる。

本発明の密閉形電動圧縮機の一実施例を示す配線図 本発明の密閉形電動圧縮機の他の実施例を示す配線図 図２の密閉形電動圧縮機に使用される圧力保護ユニットの一例を示す断面図 本発明の密閉形電動圧縮機の他の実施例を示す配線図 本発明の密閉形電動圧縮機の他の実施例を示す配線図 本発明の密閉形電動圧縮機の他の実施例を示す配線図 図４の密閉形電動圧縮機に使用される熱応動保護装置を示す断面図 密閉形電動圧縮機の構造例を示す断面図

符号の説明

１、１１、２１，３１、４１：密閉形電動圧縮機
２：密閉ハウジング
３：電動機
３Ａ：主巻線
３Ｂ：補助巻線
４：電源
６：ヒューズ要素
７、１７：圧力スイッチ
１２、５１：熱応動保護装置
１６、５６：ヒータ（ヒューズ要素）
１８：圧力保護ユニット

Claims (4)

1. 金属製の密閉ハウジング内に電動機と圧縮機を収納配置し、
   密閉ハウジングには容器の内外を導通する複数本の導通端子ピンを備えた気密端子を設け、
   気密端子の導電端子ピンには電動機へ電力を供給するために電動機巻線が接続され、
   前記密閉ハウジング内を冷媒通路として圧縮機によって冷媒を圧縮する密閉形電動圧縮機において、
   密閉ハウジング内に冷媒圧力によって動作する常時オフ形の圧力スイッチを配置し、
   この圧力スイッチは電動機の主巻線と並列に接続されて密閉ハウジング内が異常高圧状態となったときに電動機主巻線を短絡状態とするようにされ、
   この短絡による過電流が流れたときに電動機への通電を遮断するヒューズ要素が電動機の主巻線および補助巻線に対して直列に接続されていることを特徴とする密閉形電動圧縮機。
2. ヒューズ要素は密閉ハウジング内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉形電動圧縮機。
3. 電動機にはその保護のために熱応動保護装置が運転電流を通電されるように電動機と導電端子ピンとの間に直列に接続されており、この熱応動保護装置の回路の少なくとも一部がヒューズ要素とされることを特徴とする請求項１または２に記載の密閉形電動圧縮機。
4. 熱応動保護装置は金属製の気密容器内に熱応動接点機構とヒータを直列に接続配置しており、
   この熱応動保護装置の熱応動接点機構側の電気的端部が電動機の主巻線に接続されヒータの電気的端部は密閉ハウジングの気密端子を介して電源に接続され、
   圧力スイッチの一端はヒータとバイメタルの電気的中点に接続され他端は電動機の主巻線に並列に接続され、
   熱応動保護装置のヒータがヒューズ要素とされていることを特徴とする請求項３に記載の密閉形電動圧縮機。
   

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